中国激光, 2016, 43 (3): 0312001, 网络出版: 2016-03-04   

一种使用多核CPU 的相关哈特曼-夏克波前处理机

A Correlating Hartmann-Shack Wavefront Processor Using Multi-Core CPU
作者单位
1 中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室, 四川 成都 610209
2 中国科学院大学, 北京 100049
摘要
斜率算法对哈特曼-夏克传感器非常重要,而基于归一化互相关斜率算法的哈特曼-夏克传感器可满足强噪声情况下点光源和扩展目标的斜率探测需求。为解决互相关斜率处理器可移植性差的问题,提出用多核中央处理器(CPU)来实现斜率探测。在优化归一化互相关算法的基础上,编程实现斜率探测,并从多核并行和运算向量化两方面优化程序,提升斜率提取速度。当模板分辨率为9 pixel×9 pixel时,优化程序在Intel(R) Core(TM) i7-3770k四核计算机上运行,完成400 个15 pixel×15 pixel的子孔径斜率提取,用时约为340 μs。搭建了自适应光学系统,对优化后的斜率算法进行系统闭环测试。结果表明,使用多核CPU 的相关哈特曼-夏克自适应光学系统能在强噪声环境下进行有效的波前校正。
Abstract
Gradient algorithm is very important for the Hartmann-Shack sensor. The Hartmann-Shack sensor based on the normalized cross correlation (NCC) gradient algorithm shows strong noise immunity. In addition, it can detect both point source and extended target. A multi- core CPU (central processing unit) is used to implement NCC gradient algorithm to get better portability compared to the existing processor. The NCC algorithm is optimized and programmed. The program is improved by multi-core parallelization and advanced vector extension. When the template resolution is 9 pixel×9 pixel, the optimized program running on a 4-core computer, Intel (TM) Core (R) i7-3770k, spends about 340 μs to calculate the slope of 400 sub-apertures with 15 pixel×15 pixel. An adaptive optics system using optimized gradient program is built and experiences closed-loop test. The experimental results show that the CPU- based Hartmann- Shack adaptive optics system using NCC gradient algorithm can correct wavefront distortions effectively, even in strong noise environment.

陈冰倩, 何杰铃, 王彩霞, 魏凌. 一种使用多核CPU 的相关哈特曼-夏克波前处理机[J]. 中国激光, 2016, 43(3): 0312001. Chen Bingqian, He Jieling, Wang Caixia, Wei Ling. A Correlating Hartmann-Shack Wavefront Processor Using Multi-Core CPU[J]. Chinese Journal of Lasers, 2016, 43(3): 0312001.

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